Где находятся электроны в атомах?

Введение: Понимание положения электронов в атомах

Электроны — один из фундаментальных компонентов атомов, определяющий поведение и свойства материалов. Чтобы понять многие физические и химические явления, необходимо сначала понять точное расположение и поведение электронов в атомах.

Общая структура атома

Каждый атом состоит из трех основных частей:

1. протоны    (положительно заряженные частицы)

2. нейтрон    (нейтральная частица)

3. Электроны    (отрицательно заряженные частицы)

Сравнение компонентов атомов

Модель атома и положения электронов

1. Модель изюмного пирога Томпсона (1897)

• Электроны распространяются по всему материалу катода.

• как изюм в торте

• Сегодня это уже устарело.

2. Ядерная модель Резерфорда (1911)

• Электроны вращаются вокруг ядра.

• Поскольку планеты вращаются вокруг Солнца.

• Это не решает проблему устойчивости круга.

3. Модель Бора (1913)

• Электроны движутся по определенным орбитам (энергетическим уровням).

• Каждая цепь имеет определенную мощность.

• Электроны могут перемещаться между уровнями энергии.

4. Квантово-механическая модель (с 1926 года по настоящее время)

• Электроны — это одновременно частицы и волны.

• Точное местоположение электрона неизвестно.

• Существует вероятность нахождения электрона на орбитали.

Атомные орбитали: родина электронов

В квантовой модели электроны размещаются на определенных орбитах, где вероятность их нахождения наиболее высока.

Тип пути:

1. s орбитальный    (сферический)

2. p-орбиталь    ( гантелевидная )

3. d-орбитали    (сложные формы)

4. f-орбитали    (очень сложные формы)

Уровни энергии электронов

Электроны существуют на разных энергетических уровнях (электронных оболочках):

Основной слой:

1. K-оболочка    (n=1) – до 2 электронов

2. L-оболочка    (n=2): до 8 электронов

3. M-оболочка    (n=3): до 18 электронов

4. N-оболочка    (n=4):   до   32 электронов
   и т. д.

Распределение электронов по орбиталям

Электроны распределяются по  орбиталям  в соответствии с тремя важными принципами:

1. Принципы построения    :

   • Электроны в первую очередь заполняют орбитали с самой низкой энергией.

2. Принцип исключения Паули   :

   • Каждая орбиталь может содержать до двух электронов с противоположными спинами.

3. Правила игры «Бладхаунд»   :

   • Первоначально электроны по отдельности заполняют орбитали с одинаковой энергией.

Движение электронов в атомах

Существует два типа движения электронов:

1. Движение вокруг ядра    (электронные орбиты)

2. Вращательное движение    (вращение вокруг своей оси)

Скорость электрона:

• около 2200 км/с (для электронов во внутренней оболочке)

• Эта скорость составляет примерно 1% от скорости света.

Валентные электроны и их функции

Электроны во внешней оболочке (валентные электроны):

• Они играют роль в образовании химических связей.

• Определите химические свойства элементов.

• Участие в химических реакциях

Измерение положения электронов

Согласно принципу неопределенности Гейзенберга:

• Невозможно одновременно с высокой точностью измерить положение и скорость электрона.

• Мы можем только рассчитать вероятность появления электронов в разных областях.

Результат: Где расположены электроны в атоме?

1. Электроны расположены вокруг ядра.

2. Его точное местоположение определить невозможно, известна лишь вероятность его нахождения на орбите   .

3. Электроны распределены по разным энергетическим уровням.

4. Поведение электронов регулируется законами квантовой механики.

5. Конечная валентная электронная оболочка определяет химические свойства элемента.

Понимание местоположения и поведения электронов имеет основополагающее значение для понимания многих научных явлений   и современных технологий  . От создания новых материалов до разработки квантовых компьютеров — всё зависит от точного понимания электронов.